风力发电基础结构健康监测系统的制作方法

本实用新型涉及监控技术领域，特别涉及一种风力发电基础结构健康监测系统。

背景技术：

风力发电设备一般分为风电机组、风电塔基础结构等部分。由于风力塔筒承受各种力和力矩的作用，不仅会受到地表的影响，在内因和风向风速等外因的共同作用下，还有可能发生倾斜和沉降，严重时会发生倒塌事件，会威胁人们的安全、带来不必要的破坏。风力塔筒负责给风轮及机舱提供满足要求的、可靠的稳定支撑，使风轮能够获得较高且稳定的风速，也就是使风轮处于风能最佳的位置。因此，对风电塔基础结构进行监测，保持风电塔筒的正常状态对于风力发电来说很重要，是风电机组正常发电的前提条件。

目前，风电塔基础结构监测主要依靠使用水准仪进行人工观测为主，以对沉降进行长期观测，绘制沉降变化曲线。而人工监测频次低、时效性差，精度受外界影响较大、安全风险大且投入成本高。

目前其它监测领域较为成熟的监测设备和方法以有线监测为主，但风力风电塔筒内部空间狭小，电磁环境复杂，且不允许进行焊接、钻孔等安装作业形式，有线监测方式部署十分困难，且易受到干扰。由于风电基础结构复杂，对其进行有线监测，会造成极大的工作量，有线传感网络的部署同样也会对塔架结构性能指标造成较大的影响，带来更多的问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种风力发电基础结构健康监测系统，采用无线连接技术，有效克服现有技术存在的监测手段缺失、安装部署困难以及成本较高的问题。本监测系统可以有效监测风电塔基础结构的运行状态，使风电塔基础结构在线监测成为可能。

本实用新型提供一种风力发电基础结构健康监测系统，包括：

静力水准仪，设置在风电塔的基础承台上；

智能无线传感器，设置在风电塔的塔筒内，用于监测风电塔的涵盖沉降、倾斜、振动、应变、温湿度中的一种或多种结合；

无线网关，设置在风电塔的塔筒内的设备层，与所述静力水准仪电连接并与所述智能无线传感器无线通讯连接；

服务器，与所述无线网关通讯连接。

在一个实施例中，智能无线传感器包括：无线智能加速度计、无线智能倾角计、无线智能温湿度计和无线智能应变采集仪中一种或多种结合。

在一个实施例中，无线智能加速度计包括：

加速度传感器，

加速度采集器，与所述加速度传感器连接，用于采集加速度传感器的检测数据；

第一处理器，与所述加速度采集器连接；

第一时钟模块，与所述第一处理器连接；

第一短距通讯模块，与所述第一处理器连接；

第一电源管理模块，与所述第一处理器、加速度传感器、加速度采集器、第一时钟模块、第一短距通讯模块和蓄电池连接。

在一个实施例中，无线网关包括：

第二短距通讯模块，与所述智能无线传感器无线通讯连接；

长距通讯模块，与服务器通讯连接；

数据接收与传输模块，与所述第二短距通讯模块和长距通讯模块连接

在一个实施例中，无线智能加速度计还包括：

太阳能充电模块，与所述蓄电池连接。

在一个实施例中，无线智能倾角仪包括：

倾角传感器，

倾角采集器，与所述倾角传感器连接，用于采集倾角传感器的检测数据；

第二处理器，与所述倾角采集器连接；

第二时钟模块，与所述第二处理器连接；

第三短距通讯模块，与所述第二处理器连接；

第二电源管理模块，与所述第二处理器、倾角传感器、倾角采集器、第二时钟模块、第三短距通讯模块和蓄电池连接。

在一个实施例中，无线智能温湿度计包括：

温湿度探头，

温湿度采集器，与所述温湿度探头连接，用于采集温湿度探头的检测数据；

第三处理器，与所述温湿度采集器连接；

第三时钟模块，与所述第三处理器连接；

第四短距通讯模块，与所述第三处理器连接；

第三电源管理模块，与所述第三处理器、温湿度采集器、第三时钟模块、第四短距通讯模块和蓄电池连接。

在一个实施例中，无线智能应变采集仪包括：

应变传感器，

应变采集器，与所述应变传感器连接，用于采集应变传感器的检测数据；

第四处理器，与所述应变采集器连接；

第四时钟模块，与所述第四处理器连接；

第五短距通讯模块，与所述第四处理器连接；

第四电源管理模块，与所述第三处理器、温湿度采集器、第三时钟模块、第四短距通讯模块和蓄电池连接。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型实施例中一种风力发电基础结构健康监测系统的示意图；

图2为本实用新型实施例中又一种风力发电基础结构健康监测系统的示意图；

图3为为本实用新型实施例中一种风力发电基础结构健康监测系统的智能无线传感器的设置位置示意图；

图4为为本实用新型实施例中一种无线智能加速度计的示意图。

图中：

11、静力水准仪12、智能无线传感器13、无线网关14、服务器21、无线智能加速度计22、无线智能倾角计23、无线智能温湿度计24、无线智能应变采集仪31、加速度传感器32、加速度采集器33、第一处理器34、第一时钟模块35、第一短距通讯模块36、蓄电池37、电源管理模块

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供了一种风力发电基础结构健康监测系统，如图1所示，包括：

静力水准仪11，设置在风电塔的基础承台上；

智能无线传感器12，设置在风电塔的塔筒内，用于监测风电塔的涵盖沉降、倾斜、振动、应变、温湿度中的一种或多种结合；

无线网关13，设置在风电塔的塔筒内的设备层，与所述静力水准仪电11连接并与所述智能无线传感器12无线通讯连接；

服务器14，与所述无线网关13通讯连接。

上述风力发电基础结构健康监测系统的工作原理：

通过静力水准仪和智能无线传感器监测风电塔的涵盖沉降、倾斜、振动、应变、温湿度等数据，然后通过无线网关将数据上传至服务器。

服务器包括数据查看及分析子系统、状态评估子系统、报警及控制子系统、报告报表子系统和数据管理子系统。

数据查看及分析子系统用于查看监测数据，并提供分析工具对监测数据进行使用。

状态评估子系统根据塔筒及塔基状态监测数据、风机运行数据、巡检及养护结果，对塔筒和塔基的技术状况、宏观受力、耐久性、易损性、适用性等进行综合评估，可据此辅助制订塔基和塔筒的管理养护计划与安排，辅助运维管养人员科学决策，实现全寿命、数字化、档案化评估体系。

上述状态评估子系统，包括专项评估和综合评估两部分。专项评估包括通过测量塔筒角度的变化，获取塔筒姿态，评估塔筒当前受力情况与机舱晃动位移情况。通过塔基不均匀沉降、塔筒垂直度、塔筒倾斜等进行塔基础状态评估、塔基松动评估等。综合评估可联动scada数据等，结合风机实时运行状态，对塔筒及塔基的状态进行更深一步的评估，包括结合偏航角的塔筒弯曲变形评估、结合轮毂转速的叶片启动不平衡评估，结合scada数据的塔筒机舱状态联合评估等。

报警及控制子系统可根据监测数据、评估结果、硬件设备状态、传输状态进行报警。并联动风机控制系统，对可能损伤基础结构的动作进行有效控制。

报告报表子系统可提供基础监测报表数据的查询及报告报表管理功能。针对日常养护需要和长期监测评估，系统可自动化生成日报、月报、年报等。针对台风、地震等自然灾害，或选定需要应急评估的时间段，进行应急报表生成。

数据管理子系统包括了监测数据的存储、维护、管理等，可以实现历史连续监测数据长期存储、备份、还原等。并预留有数据接口，具备数据导出转换、接入其它系统等功能。

上述风力发电基础结构健康监测系统的有益效果：

智能无线传感器与服务器通过无线网关实现无线连接，有效克服现有技术存在的监测手段缺失、安装部署困测系统可以有效监测风电塔基础结构的运行状态，使风电塔基础结构在线监测难(无需布线)以及成本较高的问题。本监成为可能。

为实现监测数据的多样性，在一个实施例中，如图2所示，智能无线传感器12包括：无线智能加速度计21、无线智能倾角计22、无线智能温湿度计23和无线智能应变采集仪24中一种或多种结合。

上述风力发电基础结构健康监测系统的工作原理及有益效果：

例如：如图3所示，在风电塔顶端设置一个无线智能加速度计21，在风电塔距顶端1/3处分别设置一个无线智能加速度计21、一个无线智能倾角计22、一个无线智能温湿度计23和一个无线智能应变采集仪24，在风电塔的基础承台上设置一个无线智能应变采集仪24，在距风电塔的基础承台1/3处设置一个无线智能倾角计22，上述无线智能加速度计、无线智能倾角计、无线智能温湿度计和无线智能应变采集仪与无线网关和服务器构成风力发电基础结构健康监测系统对该风电塔进行监测。

在一个实施例中，如图4所示，无线智能加速度计包括：

加速度传感器31，

加速度采集器32，与所述加速度传感器31连接，用于采集加速度传感器31的检测数据；

第一处理器33，与所述加速度采集器32连接；

第一时钟模块34，与所述第一处理器33连接；

第一短距通讯模块35，与所述第一处理器33连接；

电源管理模块37，与所述第一处理器33、加速度传感器31、加速度采集器32、第一时钟模块34、第一短距通讯模块35和蓄电池36连接。

上述无线智能加速度计的工作原理及有益效果：

通过加速度采集器采集加速度传感器的数据，第一处理器将采集的数据加入第一时钟模块的时钟信号信号，形成时域信号；再通过第一短距通讯模块后经无线网关发送到服务器，无线智能加速度计集成度高、体积小、防护等级高、安装便捷，不会在塔筒内引入额外安全隐患。

在一个实施例中，无线网关包括：

第二短距通讯模块，与所述智能无线传感器无线通讯连接；

长距通讯模块，与服务器通讯连接；

数据接收与传输模块，与所述第二短距通讯模块和长距通讯模块连接。

上述风力发电基础结构健康监测系统的工作原理及有益效果：

数据接收与传输模块通过第二短距通讯模块接收智能无线传感器传输过来的数据信号，再通过长距通讯模块发送到服务器上，第二短距通讯模块包括蓝牙、红外、wifi中一种或多种结合；长距通讯模块包括gprs(2g/3g/4g)、lora或以太网通讯模块中的一种或多种结合。

此外，无线网关还可根据风机具体型号设计、当地通讯网络条件和数据传输需要，由风机塔筒内的以太网接口上传数据，或通过gprs(2g/3g/4g)网络、lora等无线形式上传数据。

为增加无线智能加速度计的续航能力，在一个实施例中，无线智能加速度计还包括：

太阳能充电模块，与所述蓄电池连接。

通过太阳能充电模块利用太阳能对蓄电池进行充电，极大的延续了无线智能加速度计的续航。

在一个实施例中，无线智能倾角仪包括：

倾角传感器，

倾角采集器，与所述倾角传感器连接，用于采集倾角传感器的检测数据；

第二处理器，与所述倾角采集器连接；

第二时钟模块，与所述第二处理器连接；

第三短距通讯模块，与所述第二处理器连接；

第二电源管理模块，与所述第二处理器、倾角传感器、倾角采集器、第二时钟模块、第三短距通讯模块和蓄电池连接。

上述无线智能加速度计的工作原理及有益效果：

通过倾角采集器采集倾角传感器的数据，处理器将采集的数据加入第二时钟模块的时钟信号信号，形成时域信号；再通过第三短距通讯模块后经无线网关发送到服务器，无线智能倾角仪集成度高、体积小、防护等级高、安装便捷，不会在塔筒内引入额外安全隐患。

在一个实施例中，无线智能温湿度计包括：

温湿度探头，

温湿度采集器，与所述温湿度探头连接，用于采集温湿度探头的检测数据；

第三处理器，与所述温湿度采集器连接；

第三时钟模块，与所述第三处理器连接；

第四短距通讯模块，与所述第三处理器连接；

第三电源管理模块，与所述第三处理器、温湿度采集器、第三时钟模块、第四短距通讯模块和蓄电池连接。

上述无线智能加速度计的工作原理及有益效果：

通过温湿度采集器采集温湿度探头的数据，处理器将采集的数据加入第三时钟模块的时钟信号信号，形成时域信号；再通过第四短距通讯模块后经无线网关发送到服务器，无线智能温湿度计集成度高、体积小、防护等级高、安装便捷，不会在塔筒内引入额外安全隐患。

在一个实施例中，无线智能应变采集仪包括：

应变传感器，

应变采集器，与所述应变传感器连接，用于采集应变传感器的检测数据；

第四处理器，与所述应变采集器连接；

第四时钟模块，与所述第四处理器连接；

第五短距通讯模块，与所述第四处理器连接；

第四电源管理模块，与所述第三处理器、温湿度采集器、第三时钟模块、第四短距通讯模块和蓄电池连接。

在一个实施例中，可以在风电塔基础承台上设置静力水准仪，在塔筒内部，根据塔筒具体结构分段设置无线智能传感器，包括无线智能加速度计、无线智能倾角计、无线智能温湿度计、无线智能应变采集仪，确定风电基础结构的环境指标、变形指标、结构指标

上述无线智能加速度计的工作原理及有益效果：

通过应变采集器采集应变传感器的数据，处理器将采集的数据加入第四时钟模块的时钟信号信号，形成时域信号；再通过第五短距通讯模块后经无线网关发送到服务器，无线智能应变采集仪集成度高、体积小、防护等级高、安装便捷，不会在塔筒内引入额外安全隐患。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。